高壓帷幕灌漿在喀斯特地區(qū)抽水蓄能電站中的應(yīng)用

姜成海，吳吉才，趙 軼

（1.浙江仙居抽水蓄能有限公司，浙江 臺州 317300；2.中國水電顧問集團北京勘測設(shè)計研究院，北京 100024）

1 工程概況

對大多數(shù)的抽水蓄能電站上水庫來說，一般無徑流補給，所有來水均采用抽水蓄能機組通過水道系統(tǒng)從下水庫抽至，滲漏量控制比常規(guī)水庫更為嚴(yán)格，防滲要求更高?？λ固匕l(fā)育的復(fù)雜性，滲漏問題更為突出，防滲處理難度更大。因此，一般不對喀斯特地區(qū)抽水蓄能電站上水庫進行全庫防滲處理。

瑯琊山抽水蓄能電站位于安徽滁州市西南3 km，裝機600 MW。上水庫正常蓄水位171.8 m，校核洪水位172.6 m，總庫容1 804萬m3，調(diào)節(jié)庫容1 238萬m3，利用瑯琊山主峰西北側(cè)的龍華寺、大狼洼和小狼洼等沖溝低洼地形作為庫盆，分別在庫盆東側(cè)三溝匯合口、北側(cè)埡口修筑主、副壩各一座，是國內(nèi)第一座建于喀斯特地區(qū)采用局部防滲處理的抽水蓄能電站。

庫區(qū)巖性主要為寒武系瑯琊山組薄層狀條帶和車水桶組中厚層條帶灰?guī)r，受軸向約NE45°的褶皺構(gòu)造作用，巖層陡立，傾角70°～80°，層間擠壓緊密。斷裂構(gòu)造以走向NW、傾向NE的中等傾角斷層為主，多呈張扭性，沿斷層有花崗閃長斑巖巖脈侵入，連續(xù)分布一定厚度具有阻水作用的巖脈。裂隙以順層NE向為主，NW向次之。喀斯特主要沿巖層面與NW向裂隙發(fā)育，空間上呈 “之”或 “井”字串珠狀分布，洞體狹長，受地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造及地下水排泄方向等因素控制?，樼鹕浇M灰?guī)r中可溶性方解石含量低，喀斯特不甚發(fā)育；而副壩埡口至龍華寺一線②號向斜兩側(cè)車水桶組灰?guī)r中可溶性方解石含量高，喀斯特較為發(fā)育，特別是副壩埡口段車水桶組中段灰?guī)r喀斯特發(fā)育尤為強烈，揭露地表溶洞、地下溶洞、落水洞共113個，一般在高程120 m以下為粘土以及土石混合物充填，高程120m以上為半充填或無充填，庫區(qū)喀斯特滲漏問題尤為突出。

2 防滲帷幕布置

喀斯特地區(qū)水庫防滲處理一般是同時采用鉆探、物探、洞探等多種勘探方法，最大限度地查清喀斯特地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造及喀斯特分布范圍、發(fā)育情況，在對喀斯特滲漏條件進行合理評價的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程具體情況，采用合理的防滲布置方案和處理措施，并采用 “灌、鋪、堵、截、圍 （隔）、噴、塞、引、排”多種方法中的一種或幾種相結(jié)合的綜合處理措施，以期達到有效控制水庫滲漏量和處理方案經(jīng)濟合理的目的。

根據(jù)國內(nèi)喀斯特地區(qū)水庫防滲處理經(jīng)驗，結(jié)合瑯琊山抽水蓄能電站上水庫喀斯特發(fā)育特征，庫區(qū)防滲采用以垂直灌漿帷幕防滲為主，粘土鋪填輔助防滲，結(jié)合防滲線上溶洞掏挖并回填混凝土的綜合處理措施。

帷幕防滲標(biāo)準(zhǔn)為1 Lu，帷幕線從龍華寺分水嶺，經(jīng)主壩趾板、進/出水口岸邊，副壩至小狼洼溝頂巖脈墻，豎向深入喀斯特發(fā)育帶以下的相對不透水層內(nèi)，兩端與高于庫水位的地下水位相接，在庫區(qū)東南、西、北及東北岸形成完整封閉的帷幕防滲圈。實施帷幕總長2 290.9 m，灌漿孔總進尺12.49萬m，防滲面積約15.49萬m2。副壩段帷幕最大深度140 m，為便于灌漿施工和防滲線上溶洞掏挖處理，在140、115 m和90 m高程設(shè)置3層灌漿平洞。上、下層帷幕采用 “迭瓦式”連接，帷幕中心線相距5 m，上、下搭接不小于5 m，并采用淺孔灌漿連接補強，淺孔灌漿壓力采用2 MPa。

3 施工工藝和參數(shù)選擇

（1）灌漿方法。采用孔口封閉，孔內(nèi)循環(huán)，自上而下分段高壓灌漿法處理喀斯特型滲漏，在烏江渡等工程中應(yīng)用效果好。本工程帷幕灌漿也選用這種灌漿法。鉆孔孔徑為59 mm，孔口管段為91 mm。

（2）灌漿材料。室內(nèi)漿液性能試驗選擇純水泥漿液、水泥粉煤灰混合漿液和水泥砂漿，分別進行粘度、泌水率、凝結(jié)時間、穩(wěn)定性以及結(jié)石抗壓強度、抗折強度等項目的測試驗。根據(jù)試驗成果，最終選擇帷幕灌漿采用純水泥漿液，采用5∶1、3∶1、2∶1、 1∶1、 0.8∶1 和 0.5∶1 等 6 個質(zhì)量比級； 處理小溶洞、較大的溶蝕裂隙采用水泥砂漿，水泥∶砂∶水質(zhì)量配比為1∶1∶0.6，處理較大的溶洞采用一級配或二級配高流態(tài)混凝土。

（3）壓水試驗。各灌漿孔段均進行單點法簡易壓水試驗，壓力為孔段最大灌漿壓力的80%，最大壓力為1 MPa。檢查孔壓水試驗在灌漿結(jié)束14 d后進行，對附近孔灌漿時無異常的檢查孔，壓水試驗方法采用單點法，壓力為最大灌漿壓力的80%，最大壓力為1 MPa；對于附近孔灌漿時大耗量、遇溶洞等特殊情況時的檢查孔，壓水試驗采用5點法，壓力為最大灌漿壓力的80%，最大壓力為2 MPa。

（4）裂隙沖洗。灌漿試驗表明，對遇充填粘土的溶洞孔段，采用1 MPa高壓水沖洗效果不太明顯。根據(jù)工程經(jīng)驗，遇溶洞孔段可不進行裂隙沖洗。

（5）灌漿分段及灌漿壓力。根據(jù)高壓帷幕灌漿試驗成果，最大灌漿壓力采用4～6 MPa，灌漿孔分段及灌漿壓力見表1。灌漿過程中，各孔段起灌漿液水灰比為5∶1，起灌壓力0.5 MPa，根據(jù)其注入率大小調(diào)整灌漿壓力和漿液水灰比，灌漿壓力控制見表2。

表1 灌漿孔段及灌漿壓力

表2 灌漿壓力控制

（6）溶洞等特殊孔段處理。根據(jù)灌漿孔鉆進記錄、壓水試驗、灌漿及孔內(nèi)電視等資料，及時分析確定溶洞的規(guī)模、分布、有無充填及充填物的組成、形態(tài)等情況，及時調(diào)整灌漿材料、灌漿壓力、注入率等施工參數(shù)。①對遇無充填或半充填溶洞孔段，采用大孔徑鉆孔進行擴孔，視情況泵送高流態(tài)一級配或二級配混凝土，直至將其空腔填滿，用0.5∶1濃漿灌注，待凝不小于24 h后掃孔，用2∶1稀漿起灌，按灌漿程序灌漿，直至結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。②對有充填、大耗灰量孔段，先用水泥砂漿灌注，再用0.5∶1濃漿灌注，并在灌漿過程中，視其不起壓、起壓而達不到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)、耗灰量達到限量等不同情況，分別采取低壓或自流、 分級升壓、 濃漿 （0.5∶1）、 限流 （10～20 L/min）、定量限量和間歇以及待凝等措施，進行反復(fù)灌注，直至達到灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

表3 帷幕灌漿耗灰量分析

表4 帷幕灌漿大耗灰量孔段

（7）耗灰量分析。帷幕灌漿各序孔耗灰量分析成果見表3。從表3可知，上、下游排以及各序孔之間的遞減關(guān)系明顯，灌漿效果良好。

帷幕灌漿大耗灰孔段見表4。從表4可知，帷幕灌漿大量的耗灰集中在占總進尺少量比例的孔段上，這些孔段的平均單位耗灰量也較大，說明大耗灰孔段部位溶洞、溶隙較為發(fā)育，反映出喀斯特發(fā)育區(qū)帷幕灌漿的特點。

4 結(jié)語

瑯琊山抽水蓄能電站上水庫于2005年7月1日開始初期蓄水，至2006年11月26日蓄水至正常蓄水位171.8 m，至今已經(jīng)經(jīng)歷了高水位長時間運行的考驗，水庫周圍地下水位和泉水流量未因水庫蓄水而發(fā)生變化，灌漿洞壁僅有局部洇水現(xiàn)象，證明庫區(qū)喀斯特滲漏部位采用高壓帷幕灌漿處理后，防滲效果良好。